Daugkartinio naudojimo erdvėlaiviai [Mokslo populiarinimo konkursas]

Baigiantis konkurso laikui, dalyviai suaktyvėjo, tad pristatau jau devynioliktąjį mokslo populiarinimo konkurso tekstą. Jo autorius – Belgijos von Karman Institute for Fluid Dynamics studentas Vilius Portapas. Jis rašo apie daugkartinio panaudojimo erdvėlaivius ir vieną tokį erdvėlaivį, kuriamą tame pačiame von Karman institute. Skaitykite po kirpsniuku, o paskui sudalyvaukite konkurse ir patys.

Daugkartinio naudojimo erdvėlaiviai

Vilius Portapas

Šių dienų pasaulyje vis daugiau šalių įsitraukia į kosminę odisėją, todėl atsiranda poreikis pigesniems ir paprastesniems kosminiams skrydžiams. Žinoma sumažinti šių skrydžių kainą norėta nuo pat pirmųjų skrydžių, tačiau technologijų brangumas ir žinių trūkumas to neleido padaryti anksčiau. 2011 m. JAV nutraukus „Space Shuttle“ programą, neliko daugkartinio naudojimo erdvėlaivių. Per beveik 40 metų trukusią programą buvo atlikti 135 skrydžiai, t. y. beveik 3,5 skrydžio per metus. Tačiau tai skrydžio kainos nesumažino, nors tikėta, kad daugkartinio naudojimo erdvėlaivis turėtų ženkliai apkarpyti skrydžių į kosminę erdvę kainą. Technologijoms pasiekus atitinkamą lygį nutarta perleisti erdvėlaivių kūrimą privačioms bendrovėms. Viena jų – „Swiss Space Systems“ – įsikūrusi Payerne, Šveicarijoje. Kompanija kuria erdvėlaivį, galintį pakilti į 80 km aukštį ir į žemesniąją Žemės orbitą paleisti apie 250 kg masės krovinį [1]. Kompanijos partneriai yra įtakingos ir gerai žinomos bendrovės, tokios kaip Europos kosmoso agentūra, viena didžiausių aviacijos pramonės įmonių „Dassault Aviation“ bei aerodinamikos mokslo kalve vadinamas Theodore von Karman vardo institutas Belgijoje [2]. Pirmasis komercinis skrydis numatytas 2018 m.

 

Misijos aprašymas

Pagrindinis šio projekto tikslas – erdvėlaivį naudoti skrydžiams kaip galima dažniau. Tai leis sumažinti skrydžio kainą iki, kaip tikimasi, 10 mln. JAV dolerių už skrydį. Iki šiol naudoto JAV erdvėlaivio „Space Shuttle“ vienas skrydis kainavo 450 mln. JAV dolerių [3].

Erdvėlaivio skrydžio etapai (1)

Pirmasis etapas – ervėlaivio paruošimas skrydžiui. Šio etapu metu į erdvėlaivį sudedamas krovinys, pvz. palydovai, užprogramuojamas skrydžio maršrutas. Krovinio masė turėtų būti apie 250 kg, o tai itin tinka mažiesiems palydovams bei juos kuriančioms valstybėms, pvz. Lietuvai ir partneriams. Galiausiai erdvėlaivis užkeliamas ant nešančiojo orlaivio.

Antrasis etapas – pakilimis bei erdvėlaivio paleidimas. Tai vienas sudėtingiausių etapų skrydyje. Nešantysis orlaivis, šiuo atveju Airbus A300, pakelia erdvėlaivį į 10 km aukštį. Čia specialaus mechanizmo pagalba erdvėlaivis atjungiamas nuo nešančiojo orlaivio ir pradeda savarankišką skrydį. Atsiskyrimo momentas yra kritinis žingsnis, kuris gali sukelti nešančiojo orlaivio bei erdvėlaivio susidūrimą, todėl anksčiau minėtame institute šiuo metu atliekami tam skirti tyrimai. Maždaug po 3 s po orlaivių atsiskyrimo įjungiami raketiniai varikliai, kurių pagalba erdvėlaivis pasiekia 80 km aukštį.

Tečiasis etapas – palydovų paleidimas. Specialios šaudyklės pagalba kapsulei suteikiamas pradinis greitis, kurio užtenka pasiekti 700 km aukštį. Šiame aukštyje palydovai paleidžiami iš kapsulės.

Ketvirtasis etapas – erdvėlaivio grįžimas. Įskriejimo į Žemės atmosferą metu erdvėlaivio greitis siekia apie 25 M [4], t. y. 25 kartus didesnis už garso greitį. Tai sukelia problemas dėl didelės temperatūros, ryšio su orlaiviu trumpalaikio dingimo. Tai vienos priežasčių, dėl kurių tokių skrydžių nebuvo galima vykdyti anksčiau. Dabar įvaldžius naujas technologijas, sukūrus naujas medžiagas atsparias terminiam poveikiui, tokie skrydžiai gali būti vykdomi santykinai mažomis išlaidomis.

Penktasis etapas – erdvėlaivio tūpimas. Šiame etape erdvėlaivis savarankiškai artėja prie paskirties aerodromo ir atlieka automatinį tūpimą. Kol kas numatyti paskirties aerodromai JAV, Malaizijoje bei Šveicarijoje.

Šis projektas originalus tuo, kad erdvėlaivio paruošimas skrydžiui bei kilimas gali būti vykdomas bet kurioje pasaulio vietoje – tam reikia tik aerodromo ir patyrusių specialistų. Paskutinysis etapas – tūpimas – taip pat gali būti atliekamas aerodromuose su tam skirta įranga, kuri naudojama ir komercinėje aviacijoje. Tai suteikia dinamiškumo bei universalumo projektui. Programai įsibėgėjus tikimasi atlikti 24 skrydžius per metus. Taigi erdvėlaivio paruošimas kitam skrydžiui trunka apie 2 savaites.

 

Naudojama įranga

Nešantysis orlaivis – Airbus A300. Tai dviejų turboreaktyvinių variklių trumpų ir vidutinių nuotlių laineris. Iš esmės gali būti ir kitas, pajėgus pakelti apie 36 tonų erdvėlaivį, orlaivis. Pastarasis pasirinktas dėl mažos kainos bei galimybės lengvai jį modifikuoti. Kartu svarstoma galimybė pasirinkti kitą Airbus kompanijos modelį – A340.

Erdvėlaivio ir nešančiojo orlaivio vizualizacija (1)

Erdvėlaivis – 1990-ųjų Europos kosmoso agentūros inicijuotos programos „Hermes“ palikimas. Prieš 20 metų norėta sukurti daugkartinio naudojimo erdvėlaivį, kurio skrydžiai būtų pigesni nei tuo metu pasaulyje dominavusio JAV „Space Shuttle“. Nors tuo metu buvo skirtos milžiniškos investicijos, tačiau dėl technologijų trūkumo ar jų brangumo programa taip ir nebuvo baigta. Prancūzų kompanija „Dassault Aviation“, kūrusi „Hermes“ orlaivį, kaip minėta anksčiau, yra viena pagrindinių šio projekto partnerių, todėl leido naudoti turimą technologiją ir žinių bazę.

 

Apibendrinimas

Nors bandomieji skrydžiai dar nepradėti, tačiau projekto sėkme neabejojama. Tai įrodo ir turimi 4 užsakymai pirmiesiems skrydžiams, skirtiems iškelti kosmines šiukšles surenkančius aparatus. Europos šalyse kol kas tai yra vienitelė tokio pobūdžio programa. Pasaulyje panašių projektų yra ir daugiau, tačiau daugiausiai šioje srityje pasiekę JAV gamintojai. Panašiausi į šiame straipsnyje aptartąjį yra tokie projektai: „SpaceShipTwo“ („The Spaceship Company“, JAV), „Explorer“ („Space Adventures“, JAV). Taigi netrukus atsiras pigių skrydžių į kosmoso erdvę galimybė. Kartu mažoms šalims, kurioms anksčiau pavadinimas „Kosminė valstybė“ atrodė lyg tolima svajonė, atsiranda galimybės kurti savo palydovus ir gana mažomis sanaudomis juos paleisti į Žemės orbitą.

 

Šaltinių sąrašas

„Mission- Goals: Swiss Space Systems,“ Swiss Space Systems, [Online]. Available: http://www.s-3.ch/en/mission-goals. [Accessed 30 January 2014].
M. Broadbent, „THE SWISS SPACE SHUTTLE,“ Air International, vol. 85, no. 6, pp. 89-91, 2013.
„Space Shuttle and Internationa Space Station,“ NASA, [Online]. Available: http://www.nasa.gov/centers/kennedy/about/information/shuttle_faq.html#10. [Accessed 30 January 2014].
„Re-entry Aircraft,“ NASA, [Online]. Available: https://www.grc.nasa.gov/www/BGH/hihyper.html. [Accessed 30 January 2014].

One comment

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *